臭氧催化氧化技术在炼化行业污水处理中的应用探究

宋俊驰

摘要：臭氧催化氧化技术具有反应快、效率高、无污染等优势，在行业污水处理方面有着非常重要的应用价值。但该技术同样具有电耗高、成本高的弊端，因此在现实应用中要结合实际进行优化，才能充分发挥其应有的优势作用。对此，本文在简要阐述臭氧催化氧化作用机理的基础上，以某工厂为例，探讨了其在炼化行业污水处理中的应用要点，以期为相关主体提供有益思考与启示。

关键词：臭氧催化氧化技术；作用机理；应用要点

臭氧催化氧化技术是一种优势显著、应用范围广的污水深度处理技术，也是当前工业污水处理中的一大研究热点，尤其是关于催化剂制备、作用机理、应用流程等方面更是研究重点。相比于传统的以臭氧作为单独氧化剂的方法，催化剂加持下臭氧所形成的·OH与有机物之间能够发生更为强烈、更为充分的氧化反应，可以说是一种“无死角”的氧化，甚至包括小分子有机酸、醛等，能够全面提升污TOC去除率。因此，加强臭氧催化氧化作用机理的研究，在全面掌握其影响因素、反应重点的基础上，进行相关的实践探索，无疑具有非常重要的现实意义和指导价值。

一、臭氧催化氧化的作用机理

臭氧催化氧化作为全新的污水深度处理技术，有效解决了臭氧单独氧化技术的许多弊病和缺点，全面提升了污水处理能力。简单来讲，该技术就是利用催化剂使臭氧与水发生反应并形成大量·OH，然后借助·OH的强氧化性实现有机污染物的氧化讲解，最终达到除污的目的。臭氧催化氧化具有稳定性高、降解率高、降解全面、无二次污染等优势，因此具有非常广阔的应用前景。目前，根据催化剂性质不同，臭氧催化氧化主要分为均相催化氧化和非均相催化两类，具体如下：

（一）均相催化氧化

这种催化类型，就是以水体中游离离子作为催化剂的一种方法。具体来讲，就是部分主族金属元素和过渡金属元素，在离子状态下被引入污水中，以达到提高臭氧氧化速率的目的，能够有效降低臭氧消耗量，同时提高降解效率。均相催化氧化的作用机理主要有两种，一种是水体中离子具有催化剂同等功效，能够加快臭氧分解，最终通过臭氧分解后产生的-OH达到降解有机物的目的；一种是水体中离子与有机物发生反应，最终被氧化，具有催化功能的水体离子主要有Mn2+、Fe2+、Zn2+等。

（二）非均相催化氧化

这种催化类型，就是以利用固态金属、金属氧化物作为催化剂的一种方法。在催化过程中会产生两个催化空间，一个是催化剂表面，一个是水体中。就前者来讲，臭氧和有机物会被同时吸附于催化剂表面，进而集中发生催化氧化反应，此过程就是典型的吸附状态的氧化反应。而就后者来讲，处于游离状态的臭氧、催化后形成的-OH和有机物会发生氧化反应，此过程属于典型的非吸附状态的氧化反应。相比于均相催化氧化，这种氧化方法最显著的优势就是催化剂损耗较小，能够实现二次利用，同时不会产生二次污染。

二、臭氧催化氧化技术在炼化行业污水处理中的应用

在了解臭氧催化氧化作用机理的基础上，本文通过某炼油厂污水处理的优化实践，探讨臭氧催化氧化技术在炼化行业污水处理中的应用，具体如下：

（一）工艺流程

炼油厂生产时所产生的含油污水，要经过专门的管线输送，与生活污水一道送至专门的污水处理厂。随后经过提升泵处理后送至两个独立的生化处理系统，经过脉冲澄清池处理后，排入专门的臭氧催化氧化深度处理池，最后将其排放。工业污水在被传送至污水处理厂后，要经过沉砂池和初沉池进行初步处理，随后进入水解酸化池，并利用提升泵将其传至另外两个独立的生化处理系统，最后同样被送入臭氧催化氧化深度处理池进行最后的处理。

在深度处理池中，污水首先要经过微絮凝砂处理，以去除其中的悬浮物和COD，随后才能进行臭氧催化氧化，最终达到降解COD的目的。当然，只有在确保处理后的污水符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》后，才能与处理后的其他污水排放出去。

（二）工艺技术要点

通过归纳总结国内臭氧催化氧化技术应用的成功经验，在结合炼油厂的实际，笔者认为臭氧催化氧化深度处理工艺技术应满足以下条件：

第一，氧化能力强，能够全面高效地降解有机污染物。

第二，有选择合理的催化剂，确保氧化反应的充分性，增强适用性。

第三，有机污染物最终降解为二氧化碳和水，避免发生二次污染。

第四，臭氧发生器所使用的能源要确保清洁干净，避免发生二次污染。

第五，氧化反应时间最好控制在半个小时之内。

另外，在场地选择上，臭氧催化氧化技术没有太多的要求，各种规模的污水处理厂都能够使用。

（三）催化剂的选择

在确定好工艺流程和技术要点后，就要选择相应的催化剂，本文结合工厂实际，选用了多孔性无机材料载型催化剂，同時为了达到预期良好的的催化效果，选择了不同大小的陶粒作为其载体。这种催化剂表面吸附有微小的晶体金属和非晶体金属，并形成了大量基团，其中既有酸性的，也有碱性的，这就决定了催化剂具有吸附和催化的双重功能。在这种催化剂的作用下，臭氧和有机物的反应面积将得到进一步扩大，同时能够有效激活臭氧氧化后生成的·OH活性，最终达到提高臭氧氧化效率，降低投放成本，提高去除率的目的。

需要指出的是，在催化剂的选择上一定要满足以下技术条件：

第一，催化性强，能够二次回收，降低投放成本。催化剂中的金属粒子能够依附于催化剂表面，同时具备较低的溶出率和较高的抗磨力，进而实现其使用寿命的最佳化。

第二，所用设备少，可操作性强，故障维修简单。在本次的臭氧催化氧化技术应用中，主体氧化工艺只需要一台臭氧发生器和相应的氧化池即可。

第三，工程建设量小，调整灵活度高。催化氧化时间最好控制在半个小时内，臭氧加入量也不要超过30mg/L，这样不仅能够降低运行成本，而且能够结合实际进行灵活变动。

（四）工艺设计要点

1.污水提升泵房

污水提升泵作为重要的中转站，内设格栅间、水泵间和集水池，经过脉冲澄清后的污水通过两台转股格栅过滤后流入集水池，集水池的有效容积设计为234立方米，采用立式排污泵提升后将其传送至微絮凝滤池。

2.臭氧催化氧化深度处理间

催化剂在氧化池的投放量按照35mg03/m3的标准进行，处理规模可达到2300m3/h，也就是说每小时需要消耗催化剂80.5kg；同时，催化剂在接触池的投放量按照5mgO3/m3的标准进行，處理规模可达到2800m3/h，也就是说每小时需要消耗催化剂14kg。

采用变压吸附真空解吸制氧设备制取最少90%纯度的氧气，通过过滤净化和减压稳压后，将其送入臭氧发生间。在臭氧发生间的高频高压电场内，部分氧气会转化为臭氧，随后可通过出气自动调节阀排出。本次应用中，该炼油厂设计的臭氧发生间面积为40m×15m，其内设有臭氧发生器间、氧气制取间和电气间。

3.综合处理间

综合处理间主要设有反冲洗水泵、混凝剂添加装置、循环水集水池、臭氧尾气破坏器等。

三、结论

随着我国经济的快速发展，尤其是炼化行业的日益崛起，由此产生的一系列环境污染问题也变得越来越突出，并收到了越来越广泛的关注。在政府不断提高环保标准，对炼化行业污水进行强制治理的背景下，许多污水处理厂的工艺技术已经无法满足现实发展要求，这就要求必须加强污水处理技术的创新应用。而大量研究和实践表明，臭氧催化氧化技术在炼化行业污水处理领域有着较强的应用价值，但之所以没有得到广泛推广，与工艺流程的复杂、运行成本的过高等有着之间关联，对此需要结合实际进行优化处理。本文通过某炼油厂的应用结果来看，将臭氧催化氧化技术的应用空间还是很大的，但要想达到理想效果就必须进行工艺优化，同时重点解决以下几个关键问题：

首先，确保催化剂选择的合理性。均相催化剂催化效果好，但流失严重，极大地增加了运行成本；而且均相催化剂多为金属离子，投加之后，增加了二次污染的风险；非均相催化剂能有效地避免二次污染风险，并且损耗小，但催化效果却不如均相催化剂，而且国内制造的非均相催化剂各厂家之间差异很大，在到达使用年限集中更换时，成本有被提高的风险。

其次，要加强工艺流程的优化设计。臭氧催化氧化工艺能耗、电耗均远高于其他处理工艺，而且臭氧利用率低，可以通过射流器等设备增加臭氧与污染物的接触时间和接触面积，便其充分被氧化，提高臭氧的利用率。

再次，要做好综合处理工作。制氧过程中，臭氧有泄漏的风险，易发生中毒事故，运用该工艺的单位应做好应急预案，准备相应的应急措施和应急手段。

我们有理由相信，通过不断的优化创新，臭氧催化氧化技术将被广泛应用于炼化行业的污水处理中，并充分发挥其应有的优势作用，进一步推动炼化行业的可持续发展。

参考文献：

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